KR20070092328A - 가변용량형 압축기를 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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제프리 로스 위벨
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알루미나 마이크로 엘엘씨
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Abstract

크랭크케이스 압력을 제어 계획의 일부로서 피드백하므로써 가변용량형 압축기의 용량을 제어하는 시스템 및 방법이 제공된다.
제어밸브, 크랭크케이스, 압력 센서, 피드백, 통로, 파일로트, 벨로우즈

Description

가변용량형 압축기를 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING A VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}
본 발명은 2005년 1월 14일자 출원한 미국 가출원번호 제60/644.097호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 미국 표준기술연구소(NIST)에 의한 협력의정서 70NANB2H3003에 따른 미합중국 정부지원에 의해 이루어졌다. 미합중국 정부가 본 발명의 권리를 향유한다.
본 발명은 가변용량형 압축기의 제어에 관한 것이다.
본 발명에 참조인용되고 스키너에 허여되고 발명의 명칭이 "가변용량형 압축기 제어밸브 설비"인 미국특허 제4.428.718호는 가변용량형 압축기와, 종래 공압 제어밸브와, 가변용량형 압축기의 일반적인 기능과, 상기 제어밸브와 압축기의 상호작용에 대해 서술하고 있다.
도1에는 상기 미국특허 제4.428.718호에 개시된 바와 같은 가변용량형 냉매 압축기(210)가 도시되어 있다. 가변용량형 냉매 압축기(210)는 자동차용 공조 시스템에 연결된 각도가변형 회전경사판(wobble plate)을 포함하며; 상기 공조 시스템은 압축기의 배출부와 흡입측 사이에 순서대로 배치되어 있는 노말 콘덴서(212) 와 오리피스 튜브(214)와 증발기(216)와 축적기(218)를 포함한다. 압축기(210)는 헤드(222)와, 그 대향측에 밀봉가능하게 클램핑된 크랭크케이스(224)를 갖는 실린더 블럭(220)을 포함한다. 구동축(226)은 실린더 블럭(220) 및 크랭크케이스(224)에서 베어링에 의해 압축기(210)의 중앙에 지지된다. 상기 구동축(226)은 전자석 클러치(236)에 의한 자동차 엔진(도시않음)으로의 연결을 위해 크랭크케이스(224)를 통해 연장되며; 상기 클러치는 크랭크케이스(224)에 장착되고, 이러한 클러치(236)상의 풀리(240)와 결합되는 벨트(238)에 의해 엔진으로부터 구동된다.
실린더 블럭(220)은 5개의 축방향 실린더(242)(단지 하나만 도시되었다)를 가지며, 이러한 실린더는 구동축(226)의 축선으로부터 이격되어 등간격으로 이격되어 있다. 실린더(242)는 구동축(226)에 평행하게 연장되며, 피스톤(244)은 각각의 실린더(242)에서 복동 미끄럼운동을 하도록 장착된다. 분리된 피스톤 로드(248)는 각각의 피스톤(244)의 후방측을 비회전식 링형 회전경사판(250)에 연결한다.
상기 비회전식 회전경사판(250)은 회전식 구동판(268)의 저어널(266)상에서 그 내경부(264)에 장착된다. 구동축(226)에 대한 구동판(268) 및 회전경사판(250)의 각도조정을 허용하기 위해, 구동판(268)은 그 저어널(266)에서 한쌍의 피봇핀(도시않음)에 의해 구동판(226)에 미끄럼가능하게 장착된 슬리브(276)에 피봇가능하게 연결된다. 구동축(226)은 구동판(268)에 구동가능하게 연결된다. 회전형 구동판(268)에 대해 각도조정될동안 회전경사판(250)은 안내핀(270)에 의해 이와 함께 회전하는 것이 방지된다.
회전경사판(250)의 각도는 도1에 도시된 실선의 큰 각도 위치(완전 행정)와 가상선인 제로 각도(제로 행정) 사이에서 구동축(226)의 축선에 대해 변화되므로, 피스톤(244)의 행정을 변화시키며, 이에 따라 이러한 극단적인 상태 사이에서 압축기(210)의 변위 또는 용량을 변화시킨다. 구동축(226)의 홈에 장착되는 분기링 복귀 스프링(272)이 제공되며, 이러한 복귀 스프링은 제로 회전경사 각위치로의 이동중 슬리브와 결합되는 한쪽 단부를 가지므로써, 복귀 운동을 시작하도록 조정된다.
실린더(242)의 작동 단부는 밸브판 조립체(280)로 덮이며, 이러한 밸브판 조립체는 실린더 블럭과 헤드(222) 사이에서 실린더 블럭(220)에 클램핑되는 흡입밸브 디스크 및 배출밸브 디스크로 구성된다. 상기 헤드(222)는 증발기(216)의 하류에서 축적기(218)로부터 기체형 냉매를 수용하기 위해 외측 포트(284)를 통해 연결되는 흡입 영역(282)을 갖는다. 상기 흡입 영역(282)은 흡입 행정시 이러한 위치에서 흡입밸브 디스크와 일체로 형성된 리드밸브를 통해 냉매가 각각의 실린더로 들어가는 각각의 실린더(242)의 작동 단부에서 밸브판 조립체(280)의 흡입 포트(286)로 개방된다. 그후 압축행정시, 각각의 실린더(242)의 작동 단부로 개방된 배출 포트(288)에 의해, 압축된 냉매는 배출밸브 디스크와 일체로 형성된 배출 리드밸브에 의해 헤드(222)의 배출 영역(290)으로 배출된다. 압축기의 배출 영역(290)은 압축된 기체형 냉매를 콘덴서(212)로 분배하도록 연결되며, 이에 따라 오리피스 튜브(214)를 통해 증발기(216)로 역류되어, 도1에 도시된 바와 같이 냉매 회로를 완성하게 된다.
회전경사판 각도 및 이에 따른 압축기 용량은 흡입 압력에 대해 피스톤(244)의 후방에서 크랭크케이스(224)의 밀봉된 내부(278)에서의 냉매 가스 압력을 제어 하므로써 제어될 수 있다. 이러한 형태의 제어에 있어서, 회전경사판(250)의 각도는 피스톤(244)에서의 힘 평형에 의해 결정된다. 크랭크케이스-흡입 압력 편차가 설정량(흡입 압력 제어 설정점)을 초과하였을 때, 피스톤(244)에서의 실질적인 힘은 회전경사판 각도가 감소되는(즉, 도1에 가상선으로 도시된 바와 같은 각도를 향하여 이동되는) 회전경사판 피봇핀(도시않음) 주위로 충분히 큰 회전 모멘트로 나타나서, 피스톤(244)의 행정길이를 감소시키므로써 압축기 용량을 감소시킨다.
가변용량형 압축기(210)의 중요한 소자는 압축기(210)의 헤드부(222)에 삽입된 공압 제어밸브(300) 이다. 제어밸브(300)는 압축기(210)로 복귀되는 냉매 가스의 압력상태(흡입 압력)을 검출하므로써 공조 부하를 검출한다. 상기 제어밸브(300)는 크랭크케이스 챔버(278)에 작동가능하게 연결된다. 압축기(210)의 크랭크케이스 챔버(278)와 배출 영역(290) 그리고 제어밸브(300)와 흡입 영역(282) 사이로의 가스 흐름을 위하여 압축기(210)의 헤드(222)와 실린더 블럭(220)에는 채널이 제공된다. 제어밸브(300)는 회전경사판(250)과 피스톤(244)의 후방측에 작용하는 크랭크케이스 챔버(278)에서 가스 압력을 제어하므로써, 압축기(210) 내부에서의 피스톤(244)의 변위를 제어한다.
제어밸브(300)는 압축기 헤드(222)에 형성된, 계단형의 폐색된 제어밸브 공동(298)에 삽입된다. 제어밸브 공동(298)의 폐색된 단부는 포트(292)를 통해 배출 영역(290)과 직접적으로 연결된다. 제어밸브 공동 포트(294, 295)는 크랭크케이스 챔버(278)와 연결된다. 제어밸브 공동 포트(296)는 흡입 영역(282)과 연결된다. 제어밸브(300)는 제어밸브 공동(298)에 밀봉되므로, 제어밸브(300)의 특별한 특징 부는 포트(292, 294, 295, 296)와 정렬된다.
본 발명에 참조인용되고 쿠메 등에 허여된 발명의 명칭이 "가변용량형 압축기용 제어밸브"인 미국특허 제6.769.667호에는 솔레노이드 및 흡입압력 기준형 벨로우즈가 구비된 전자/공압 제어부를 사용하는 제어밸브가 개시되어 있다.
본 발명에 참조인용되고 부스 등에 허여된 발명의 명칭이 "가변용량형 압축기용 제어밸브"인 미국특허 제6.390.782호에는 솔레노이드 및 흡입압력 기준형 벨로우즈가 구비된 전자/공압 제어부를 사용하는 제어밸브가 개시되어 있다.
가변형 설정점 제어밸브(가변형 제어밸브)(10)는 미국특허 제6.390.782호에 개시된 종래기술에 따라 도2의 다이아그램으로 도시되어 있다. 도2에서, 가변형 제어밸브(10)는 단면도로 도시되었으며, 이미 설명한(도1 참조) 미국특허 제4.428.718호의 가변용량형 압축기의 제어밸브 공동(298)에 삽입되기에 적절한 형태 및 특징부 변위를 갖는다. 가변형 제어밸브(10)는 가스를 압축하는 압축기(100)에 결합된다. 가변형 제어밸브(10)는 압축기(100)에서 압축되는 가스량과 압축도를 제어한다. 도2에 도시된 실시예에서, 압축기(100)에서 압축된 가스는 예를 들어 자동차에서 찾아볼 수 있는 공조 유니트 등에 사용되는 냉매 이다.
가변형 제어밸브(10)는 압축기 용량 제어부(30)와 가변형 설정점 제어부(80)를 포함한다. 압축기 용량 제어부(30)는 압축기(100)로부터 가변형 제어밸브(10)로의 가스 흐름을 제어하는 반면에, 가변형 설정점 제어부(80)는 압축기 용량 제어부(30)의 작동을 제어한다. 가변형 제어밸브(10)의 밸브 본체(12)는 하기에 서술되는 바와 같은 많은 가변형 제어밸브 기능적 소자로 형성된다. 도2에 도시된 실 시예에서, 밸브 본체(12)는 단면으로 도시된 바와 같이 거의 원통형의 형상을 갖는다. O링 지지홈(14)은 3곳의 위치에서 밸브 본체(12)의 외부에 도시되었다. 가변형 제어밸브(10)가 압축기(100)의 제어밸브 공공에 삽입되었을 때(예를 들어, 도1 참조)는 O링 밀봉부와 조립되며, 이러한 밀봉부에 의해 편차압력 소스는 가변형 제어밸브(10)의 상이한 부분 및 포트와 연결된다.
압축기 용량 제어부(30)는 밸브 본체(12) 및 흡입압력 통로(112)에 형성된 가변형 제어밸브 흡입포트(34)를 통해 압축기(100)의 흡입영역(120)과 가스연결되는 밸브 본체(12)의 하단부(16)에 형성된 흡입압력 챔버(32)를 포함한다. 냉매회로 라인(111)은 저압의 가스를 흡입 영역(120) 및 압축기 밸브판(126)을 거쳐 압축기(100)의 압축 챔버(114)에 공급한다. 냉매회로 라인(111)은 공조 시스템(도시않음)의 축적기(144)로부터 저압 냉매가스로 복귀하는 라인이다.
압축기(100)는 피스톤(116)과, 크랭크케이스 챔버(118)와, 배출 영역(124)을 부가로 포함한다. 압축기(100)의 작동은 다음과 같다. 압축 챔버(114)의 냉매 가스는 피스톤(116)이 압축기 밸브판(126)을 향해 이동함에 따라, 피스톤(116)의 행정에 의해 압축된다. 압축기 밸브판(126)은 배출 영역(124)으로의 고압 가스를 허용한다. 냉매회로 라인(111)은 배출 영역(124)에 연결된다. 피스톤(116)의 압축 챔버(114)를 따른 변위(행정)(128)가 커질수록, 압축기 밸브판(126)을 통과할 때 냉매 가스의 압력 및 흐름 체적은 더욱 커진다. 그후, 냉매 가스는 냉매회로 라인(111)으로부터 콘덴서(140)로 흐르며, 콘덴서에는 액체를 콘텐서 코일로 응축한다. 그후, 액체는 증발기(142)로 흐르며, 증발기에서 액체는 증발기(1042)의 내부 에 있는 오리피스에서 팽창되어 증발된다. 코일을 통과하는 에어는 열에너지를 방출하며, 이러한 열에너지는 액체로부터 가스에 상태 변화를 위한 에너지를 제공한다. 그후, 냉각된 에어가 자동차의 객실로 취입되거나 또는 냉방을 위해 공조 시스템이 요구되는 챔버로 취입된다. 팽창후, 냉매 가스는 저압 상태로 있으며, 냉매회로 라인(111)을 통해 압축기(100)로 복귀된다.
압축기(100)는 가변형 압축기로서, 이것은 피스톤(116)의 행정이 필요로 하는 공조 시스템 부하에 의존하여 변한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 만일 사용자가 증발기 코일을 통과하는 에어의 부가적인 냉각을 원할 경우, 냉매회로 라인내로 방출된 냉매의 흐름 체적은 증가된다. 피스톤(116)의 행정(128)은 흐름 체적을 증가시키기 위해 증가된다.
압력은 피스톤(116)의 후방에서 크랭크케이스 챔버(118)의 내부에 인가된다. 흡입 압력에 비해 크랭크케이스 챔버(118)의 내부압력이 높을수록, 복귀시[밸브판(126)으로부터 멀어지는] 피스톤(116)에 대해 발휘된 고압의 힘으로 인해 압축후 피스톤(116)의 복귀 행정(128)은 짧아진다. 역으로, 흡입 압력에 비해 크랭크케이스 챔버(118)의 내부압력이 낮을수록, 피스톤(116)에 대해 발휘된 저압의 힘으로 인해 압축후 피스톤(116)의 복귀 행정은 길어진다. 크랭크케이스 챔버(118)의 내부압력을 변화시키므로써, 이에 따라 피스톤(116)의 변위(128) 및 궁극적으로 냉매회로 라인(111)을 통한 배출 압력을 변화시키므로써, 증발기로부터의 에어 온도가 제어된다.
압축기 용량 제어 피스톤(30)은 흡입 압력 챔버(32)로부터 이어지는 밸브 본 체(12)에서 중앙에 있는 보어로서 형성된 중간 챔버(40)를 갖는다. 제1중간 포트(42)는 밸브 본체(12)에 형성되어, 중간 챔버(40)와 연결된다. 제1중간 포트(42)는 제1크랭크케이스 압력 통로(130)를 통해 크랭크케이스 챔버(118)와 가스연결된다. 가변형 제어밸브(10)는 압력감응 부재와, 흡입 압력 챔버(32)에 노출된 다이아프램(36)을 부가로 포함한다. 흡입 압력 밸브[흡입밸브 폐쇄부재와, 흡입밸브 볼(38)과, 밸브 본체(12)에 형성된 흡입밸브 시트(37)를 포함하는]는 흡입 압력 챔버(32)와 중간 챔버(40) 사이에서 가스연결을 개폐하도록 제공된다.
흡입밸브 볼(38)은 다이아프램(36)과 부유접촉되는 단단한 부재(41)에 의해, 흡입밸브 시트(37)에 가압된다. 중간 챔버(40)에 지지된 편향 스프링(44)은 흡입밸브 볼(38)을 흡입밸브 시트(37)에 가압한다(즉, 흡입밸브부를 가압하여 개방한다). 상기 편향 스프링(44)은 흡입밸브 시트(37)를 향해 다이아프램(35)의 운동에 대항하고, 또한 등가 압력과 스프링 편향 압력으로 작용하며; 상기 스프링 편향 압력은 다이아프램(36)의 압력 수용영역상에서의 흡입 압력작용에 가해진다. 가변형 제어밸브 흡입 압력 밸브는 압축기(100)의 크랭크케이스 챔버(118)와 흡입 영역(120) 사이의 가스 연결을 개폐한다.
가변형 제어밸브(10)의 배출 압력 밸브부는 배출밸브부재와, 배출밸브 볼(50)과, 밸브 본체(12)에 형성된 배출밸브 시트(52)로 구성된다. 배출밸브 볼(50)은 밸브 본체(12)의 상단부(18)에 형성된 배출 압력 챔버(60)에 배치된다. 밸브 삽입체(64)는 배출밸브 볼(50)을 배출밸브 시트(52)와 정렬하도록 배치하는 계단형 관통 보어(62)를 갖는다. 볼 위치조정 스프링(5)은 배출밸브 볼(50)의 통 상 위치를 부가로 조정하는데 사용된다. 입자 필터캡(74)은 밸브 본체(12)의 단부를 밀봉가능하게 덮어, 배출 압력 챔버(60)를 완성한다. 가변형 제어밸브(10)가 압축기(100)에 삽입될 때, 밸브 본체(12)의 상단부(18)는 도1에 도시된 공동(298) 등과 같은 제어밸브 공동의 폐색된 단부에 밀봉된다. 압축기의 배출 영역(124)으로부터의 배출 압력 통로(110)은 제어밸브 공동(298)의 폐색된 단부와 연결된다. 따라서 배출 압력 가스는 필터(74)를 통해 가변형 제어밸브 배출 압력 챔버(60)와 연결된다.
가변형 제어밸브(10)는 밸브 본체(12)를 통해 형성된 중앙의 계단형 보어(70)를 갖는다. 상기 계단형 보어(70)는 배출밸브 시트(52)가 형성된 배출 챔버(60)에 인접한 상단부에 대직경의 보어부를 갖는다. 중앙 보어(70) 및 중간 챔버(12)는 서로 정렬된다. 제2중간 포트(56)는 밸브 본체(12)에 형성되어, 중앙 보어(70)의 큰 보어부와 연결된다. 제2중간 포트(56)는 제2크랭크케이스 압력 통로(132)를 통해 크랭크케이스 챔버(118)와 가스연결된다. 배출밸브 볼(50)이 배출밸브 시트(52)를 이동시켰을 때, 배출 압력 가스는 보어(70)를 통해 제2중간포트(56)로 흐른 후, 제2크랭크케이스 압력 통로(132)를 통해 크랭크케이스 챔버(118)로 흐른다.
중앙 부분(70)에 삽입된 밸브 로드(54)는 가변형 제어밸브(10)의 흡입밸브부 및 배출밸브부의 동작을 부분적으로 연결한다. 밸브 로드(54)는 중앙 보어(70)의 작은 보어부 보다 약간 작은 직경을 갖는다. 밸브 로드(54)는 중앙 보어(70)에 자유롭게 미끄러져서, 중간 챔버(40)와 배출 챔버(60) 사이의 가스 연결을 실질적으 로 차단한다. 밸브로드(54)의 길이는 완전개방된(완전히 안착되지 않은) 위치에서, 안착된 배출밸브 볼(50)과 흡입밸브 볼(38)을 동시에 접촉할 수 있도록 선택된다. 이러한 배치는 흡입 및 배출밸브부를 부분적인 개폐 상태로 연결한다. 흡입밸브 볼(38)이 밸브 폐쇄방향으로 이동함에 따라, 밸브 로드(54)는 배출 볼(50)을 밸브 개방방향으로 가압한다. 배출밸브 볼(50)이 밸브 폐쇄방향으로 이동하였을 때, 밸브 로드(54)는 흡입 볼(38)을 밸브 개방방향으로 가압한다.
도2의 실시예에서, 밸브 로드(54)는 밸브 폐쇄볼(38, 56)의 어느쪽에도 부착되지 않는다. 밸브 로드(54)는 가변형 제어밸브의 배출밸브부 또는 흡입밸브부를 개방하도록 작동되지만, 가변형 제어밸브의 배출밸브부 또는 흡입밸브부를 폐쇄하도록 작동되지는 않는다. 배출밸브부를 폐쇄하도록 작용하는 힘은 배출밸브 볼(50)의 유효 압력 수용영역에서 배출 가스의 압력과, 볼 위치조정 스프링(58)에 의해 부여된 작은 스프링 힘이다. 흡입 압력 밸브부를 폐쇄하도록 작용하는 힘은 단단한 부재(41)를 통해 압력감응 다이아프램(35)의 운동으로부터 유도된다. 두 밸브 폐쇄부재가 밸브 로드 등과 같은 커플링 수단에 부착되는 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 실시예는 제어밸브 분야의 숙련자라면 인식할 수 있을 것이다. 만일 두 밸브 부재가 단단히 연결되었다면, 완전 개폐 상태가 유지될 것이다.
가변형 제어밸브(10)의 가변형 설정점 제어부(80)에 대해 서술하기로 한다. 상기 가변형 설정점 제어부는 가변형 제어밸브 다이아프램(36)에 의해 경계되는 폐쇄된 기준 챔버(90)와, 흡입 압력 챔버(32)가 형성되었을 때 밸브 본체(12)의 하단 부(16)에 형성되는 벽(91)과, 밸브 단부캡(20)을 포함한다. 다이아프램(36)은 기준 밸브 캐리어(81)에 의해 흡입 압력 챔버(32)에서 내부 계단부(93)에 배치되어 이에 대해 밀봉된다. 다이아프램(36)은 흡입 압력 챔버(32)에서 흡입 압력에 노출되는 흡입 압력 수용영역을 갖는 제1측(43)과, 기준 챔버(90)에서 기준 압력에 노출되는 기준 압력 수용영역을 갖는 제2측(39)을 포함한다. 상기 다이아프램(36)은 흡입 압력 챔버(32)와 배출 압력 챔버(60) 및 중간 챔버 또는 중앙 보어(70)과의 직접적인 가스연결으로부터 기준 챔버(90)를 밀봉하도록 배치된다.
두개의 압력 누설 통로와 배출 누설 통로(68) 및 흡입 누설 통로(72)는 밸브 본체(12)에 제공되어, 밸브 본체 내부 계단부(93)에 대해 밀봉되는 다이아프램(36)에서 두개의 구멍과 정렬된다. 밸브 삽입체(64)는 배출 챔버(60)와 배출 누설 통로(68)를 연결시키도록 제공된 밸브 삽입체 누설구멍(69)을 갖는다. 누설 통로와 밸브 삽입체 누설구멍 및 이에 대응하는 다이아프램 구멍은 기준 챔버(90)에 대해 흡입 압력 가스원 및 배출 압력 가스원을 제공한다. 배출 압력 가스를 가변형 제어밸브 배출 압력 챔버(60)로부터 기준 챔버(90)에 공급하도록 도시된 특징부가 매우 중요한데, 그 이유는 이러한 디자인이 기준 챔버(90)의 부품들 및 통로를 외부 물질로부터 보호하는 필터(74)를 사용하기 때문이다.
도3에는 기준 챔버(90)에 내장된 가변형 제어밸브 부품들이 상세히 도시되어 있다. 기준 챔버 밸브수단은 도4에도 상세히 도시되어 있다. 도2 내지 도4에 있는 동일한 소자들은 동일한 도면부호가 부여되었다.
도2 내지 도4에 있어서, 기준 밸브 캐리어(81)는 밸브 본체(12)의 하단 부(16)에 형성된 벽(91)의 내부에 대해 밀봉가능하게 삽입되는 외측벽을 갖는 후벽형 실린더로서 형성된다. 기준 밸브 캐리어(81)의 상단부는 다이아프램(36)을 밀봉한다. 두개의 작은 폐색 챔버와 흡입 누설 챔버(96) 및 배출 누설 챔버(98)는 다이아프램(36)에 대해 밀봉되는 상단부로부터 기준 밸브 캐리어(81)에 형성된다. 흡입 누설 챔버(96)의 개방 단부는 흡입 폐색 통로(72)와 정렬되며, 배출 누설 챔버(98)의 개방 단부는 배출 누설 통로(68)와 정렬된다. 기준 챔버 밸브수단은 기준 입구밸브(88) 및 기준 출구밸브(96)로서 도시되었다.
도4에서, 기준 입구밸브(88)는 기준 입구밸브 폐쇄부재(162)와, 기준 입구 관통구멍(160)과, 기준 입구밸브 시트(164)로 구성된다. 기준 입구 관통구멍(160)은 원통형의 기준 밸브 캐리어(81)의 내측면으로부터 배출 누설 챔버(98)를 통해 형성된다. 기준 입구밸브 시트(164)는 기준 챔버(90)의 내부에 있는 기준 밸브 캐리어(91)로부터 나오는 입구 관통구멍(160)의 주위에 형성된다. 기준 입구밸브 폐쇄부재(162)는 입구 솔레노이드 작동기(94)의 일부인 입구밸브 푸시로드(167)에 부착된다. 입구 솔레노이드 리드(85)에 전류 신호가 인가되었을 때, 입구밸브 푸시로드(167)는 솔레노이드 작동기(94)의 중앙으로 당겨져서, 입구밸브 폐쇄부재(162)를 기준 입구밸브 시트(164)에 가압하여, 기준 입구 관통구멍(160)을 폐쇄한다. 상기 기준 입구 관통구멍(160)은 기준 챔버(90)를 배출 누설 챔버(98)와 연결시킨다. 따라서, 입구 솔레노이드 작동기(94)에 인가된 전기 신호에 의해 기준 입구밸브(88)의 개폐는 기준 챔버(90)로의 배출 압력 가스흐름을 제어한다.
입구 솔레노이드 리프 스프링(168)은 도4에 도시된 바와 같이 입구밸브 푸시 로드(167)를 후퇴위치로 편향시키도록 배치된다. 이러한 입구 솔레노이드 스프링 편향 형태는, 입구 솔레노이드 작동기(94)의 코일을 여자시키는 전기 신호가 없을 경우, 기준 입구밸브(88)가 기준 챔버(90)를 배출 압력 가스흐름으로 개방할 것임을 의미한다. 도시된 기준 입구밸브는 상시개방되어 있다. 기준 입구밸브(88)를 상시폐쇄 상태로 편향시키는 스프링의 대향 배치는 기준 입구밸브수단의 또 다른 형태로서, 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 또 다른 실시예에서 성공적으로 사용되고 있다.
기준 출구밸브(86)는 기준 출구밸브 폐쇄부재(172)와, 기준 출구 관통구멍(170)과, 기준 출구밸브 시트(174)로 구성된다.
기준 출구 관통구멍(170)은 원통형의 기준 밸브 캐리어(81)의 내측면으로부터 흡입 누설 챔버(96)를 통해 형성된다. 기준 출구밸브 시트(174)는 기준 챔버(90)의 내부에 있는 기준 밸브 캐리어(81)로부터 나오는 출구 관통구멍(170)의 주위에 형성된다. 기준 출구밸브 폐쇄부재(172)는 출구 솔레노이드 작동기(92)의 일부인 출구밸브 푸시로드(177)에 부착된다. 출구 솔레노이드 리드(87)에 전류 신호가 인가되었을 때, 출구밸브 푸시로드(177)는 솔레노이드 작동기(92)의 중앙으로 당겨져서, 출구밸브 폐쇄부재(172)를 기준 출구밸브 시트(174)로부터 멀리 가압하여, 기준 출구 관통구멍(170)을 개방한다. 상기 기준 출구 관통구멍(170)은 기준 챔버(90)를 흡입 누설 챔버(96)와 연결시킨다. 따라서, 출구 솔레노이드 작동기(92)에 인가된 전기 신호에 의해 기준 출구밸브(86)의 개폐는 기준 챔버(90)로의 흡입 압력 가스흐름을 제어한다.
출구 솔레노이드 리프 스프링(178)은 도4에 도시된 바와 같이 출구밸브 푸시로드(177)를 연장위치로 편향시키도록 배치된다. 이러한 출구 솔레노이드 스프링 편향 형태는, 출구 솔레노이드 작동기(92)의 코일을 여자시키는 전기 신호가 없을 경우, 기준 출구밸브(86)가 기준 챔버(90)를 흡입 압력 가스흐름으로 폐쇄할 것임을 의미한다. 따라서, 도시된 기준 출구밸브는 상시폐쇄되어 있다. 기준 출구밸브(86)를 상시개방 상태로 편향시키는 스프링의 대향 배치는 기준 출구밸브수단의 또 다른 형태로서, 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 또 다른 실시예에서 성공적으로 사용되고 있다.
솔레노이드 작동기가 설명되고 도2 내지 도4에 도시되었지만, 기준 입구밸브(88) 및 기준 출구밸브(86)를 개폐하기 위해 전기구동식 물리적 작동기 수단이 사용될 수 있음을 인식해야 한다.
가변형 설정점 제어부(80)는 전자 제어유니트(82), 압력 센서(84), 전기회로 캐리어(83), 가변형 제어밸브 전기리드(89)를 부가로 포함한다. 상기 압력 센서(84)는 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 실시예에서 선택적 특징부이다. 그 감응부상에 충돌하는 가스 압력과 연관된 전기 신호를 생성하는 것은 변화기 장치 이다. 압력 센서(84)는 폐쇄된 기준 챔버(90)내의 가스압력에 응답하기 위해, 전기회로 캐리어(83)에 장착된다. 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 실시예에서 압력 센서(84)가 기준 챔버(90)의 내측에 직접적으로 장착될 필요는 없다. 또 다른 실시예에서는 센서(84)의 압력 감응부가 기준 챔버(90)와 가스연결되는 한, 압력 센서를 다른 위치에 장착할 수도 있다.
미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 실시예에서 전자 제어유니트(82)는 선택적인 특징부이다. 제어유니트(82)는 기준 챔버 밸브수단을 제어하거나 또는 압력 센서(84)에 의해 생성된 전기 신호를 수신하거나 이러한 신호를 처리하기 위해 전자 회로를 내장하고 있다. 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 이러한 선택적 특징부의 실시예에서, 제어유니트(82)의 전기 부품들은 전기회로 캐리어(83)에 의해 압력 센서(84)와 서로 연관되어 있다. 선택적 제어유니트(82)의 기타 다른 기능은 하기에 서술될 것이다.
가변형 제어밸브 전기리드(89)는 전기회로 캐리어(83)로부터 밸브 단부캡(20)의 밀봉된 개구를 통해 연장된다. 가변형 제어밸브(10)에 필요한 전기리드의 갯수는 선택적 전자 제어유니트(82) 및 선택적 압력 센서(84)의 장치 특성에 의해 실행된 기능에 의존할 것이다. 전기 제어유니트(82) 또는 기준 챔버 압력 센서(84)가 그 어느 것도 사용되지 않을 때, 가변형 제어밸브 전기리드(89)는 전기신호를 이송시키며 기준 챔버 밸브수단을 작동시키는데 필요한 것만 포함한다.
가변형 설정점 제어부(80)는 압축기 용량 제어부(30)의 동작을 제어한다. 기준 챔버(90)내의 압력을 제어하므로써, 가변형 설정점 제어부(80)는 가변형 제어밸브(10)의 흡입 압력 밸브부 및 배출 압력 밸브부의 개폐 상태를 제어할 수 있다. 예를 들어, 만일 기준 챔버(90)의 압력이 흡입 압력 챔버(32) 및 편향 스프링(44)의 압력에 의해 발휘된 힘 보다 작은 힘을 다이아프램(36)에 발휘할 경우, 다이아프램(36)은 기준 입구 작동기(94)의 방향으로 기준 챔버(90)를 왜곡시킬 것이다. 이러한 동작은 흡입밸브 시트(37)로부터 흡입밸브 볼(38)을 이동시켜, 가스 흐름을 크랭크케이스 압력 통로(130)로부터 흡입 압력 챔버(32)로 개방시킨다. 이와 동시에, 배출 압력 밸브부는 배출밸브 볼(50)을 배출밸브 시트(52)에 가압하는 배출 가스의 압력에 의해 폐쇄된다. 가변형 제어밸브(10)의 흡입밸브부를 통해 흐름을 개방하므로써, 크랭크케이스 챔버(118)로부터의 가스는 흡입 압력 챔버(32)내로 흘러 들어 흡입 압력 통로(112)를 거쳐 압축기(100)의 흡입 영역(120)을 빠져 나간다. 크랭크케이스 챔버(118)로부터의 가스 누설에 의해, 피스톤(116)에는 작은 힘이 발휘되어, 피스톤(116)에 큰 변위를 제공하게 된다. 따라서, 시스템의 증발기로 흐르는 냉매 가스의 흐름이 증가된다.
만일 기준 챔버(90)의 압력이 흡입 압력 챔버(32) 및 편향 스프링(44)의 압력에 의해 발휘된 힘 보다 큰 힘을 다이아프램(36)에 발휘하였다면, 다이아프램(36)은 흡입 압력 챔버(32)를 흡입밸브 시트(37)의 방향으로 왜곡시킬 것이다. 이러한 동작은 제어밸브 흡입밸브부를 폐쇄하고, 이와 동시에 밸브 로드(54)에 의해 배출밸브 볼(50)을 배출밸브 시트(52)로부터 멀리 가압하므로써, 가변형 제어밸브 배출밸브부를 개방한다.
배출밸브부가 개방되었을 때, 배출 압력 통로(110)로부터의 높은 압력은 배출 압력 챔버(60)와, 계단형 제어 보어(70)와, 제2중간 포트(56) 및 제2크랭크케이스 압력 통로(132)를 통해 크랭크케이스 챔버(118)로 흐른다. 압력은 크랭크케이스 챔버(118)에 축적될 것이며, 이에 따라 피스톤에 힘을 인가하게 된다. 따라서, 피스톤(116)의 변위는 후퇴되며, 시스템의 증발기를 통과하는 냉매 가스량이 감소된다.
편향 스프링(44)이 다이아프램(36)에 발휘하는 힘은 가변형 제어밸브(10)의 전체 성능에 대해 중요한 디자인 변수가 된다. 실험에 따르면, 만일 스프링 힘이 흡입 압력의 2 내지 20psi, 가장 양호하기로는 4 내지 10pis로 동일하게 적용될 경우가 가장 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이러한 스프링 편향력 범위는 매우 낮은 압력용량 사용상태에서, 즉 압축기가 거의 하향행정 작동에 있을 때, 가변형 제어밸브(10)의 충분한 작동 범위를 제공한다.
제어 챔버(90)의 내부의 압력은 기준 출구밸브(86) 및 기준 입구밸브(88)의 개폐에 의해 제어된다. 이들 각각은 압력 센서(84) 및 전자 제어유니트(82)에 의해 선택적으로 제어된다. 특히, 기준 챔버(90)의 내부 압력은 압력 센서와 가스연결된다. 전자 제어유니트(82)와 상호작용하는 압력 센서(84)는 기준 챔버(90)의 가스 압력을 측정하며, 이러한 압력을 전자 제어유니트(82)에 연결시킨다. 전자 제어유니트(82)는 압축기 제어유니트(146)로부터 제어 신호 및 정보를 수신한다. 승객 안락도 설정과, 환경 상태 및 차량 작동 상태에 대한 기타 다른 정보는 압축기 제어유니트(146)에 의해 수신된다. 압축기 제어유니트(146)는 피스톤(116)에 의해 압력 챔버(114)의 내부에서 압축될 필요한 가스량을 연산하여 원하는 상태가 발생되도록, 즉 승객 안락도 설정이 환경 및 차량 작동 요소에 의해 부여된 제약사항내에서 선택적으로 달성되도록, 저장된 압축기 성능 알고리즘을 사용한다.
상기 가변형 제어밸브 성능 알고리즘은 기준 챔버(90)의 내부에서 필요한 압력을 연산하여 압축기 용량 요구사항에 부응하도록, 연산된 압축기 용량 요구사항과, 압력 센서(84)로부터의 압력 정보와, 가변형 제어밸브 소자의 알려진 물리적 응답 특성을 이용한다. 압축기 제어유니트에 의해 결정된 요구사항에 부응하는데 필요한, 연산된 기준 압력은 설정 기준 압력으로 불리워진다. 따라서, 가변용량형 압축기(100)는 설정 기준 압력과 상기 기준 챔버(90)의 가스 압력의 유지보수를 이러한 설정 압력레벨로 결정하므로써 제어된다.
선택적으로, 만일 압력 센서(84)가 사용되지 않을 경우, 설정 기준 압력은 저장된 기준 압력 레벨세트로부터 선택되며, 이러한 레벨세트는 가변형 제어밸브(10)의 알려진 공칭 특성에 기초하여 미리 연산되거나 또는 교정 셋업 처리과정에 의해 가변형 제어밸브에 맞추어져 있다. 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 선택적 실시예의 경우에 있어서, 연산된 압축기 용량 요구사항은 원하는 압축기 용량 제어를 달성하는데 최적인 설정 기준 압력을 조견표 형태로 결정하는데 사용된다.
기준 출구밸브(86) 및 기준 입구밸브(88)의 제어는 작동기(92, 94)를 통한 전자 제어유니트(82)에 의해 이루어진다. 전자 제어유니트(82)내에서의 알고리즘의 출력에 의존하여, 전자 제어유니트(82)는 출구 작동기(92)를 작동시키므로써 기준 출구밸브(86)를 개폐할 것이며, 입구 작동기(94)에 의해 기준 입구밸브(88)를 개폐할 것이다. 예를 들어, 기준 챔버(90)의 내부압력이 증가되었을 때, 입구 작동기(94)는 기준 입구밸브부재(162)를 후퇴시켜, 고압 가스가 배출 압력 챔버(60)로부터 밸브 삽입체 누설구멍(69)과 배출 압력 누설 통로(68) 및 배출 누설 챔버(98)를 통해 기준 챔버(90)의 내부로 흐르게 한다. 이와 동시에, 출구 작동기(92)는 기준 출구밸브(86)를 폐쇄시키고, 이에 따라 기준 챔버(90)의 내부 압력 을 증가시킨다. 역으로, 기준 챔버(90)의 압력을 감소시키기 위하여, 전자 제어유니트(82)는 출구 작동기(92)를 작동하여 기준 출구밸브부재(172)를 후퇴시켜, 흐름을 기준 챔버(90)로부터 흡입 누설 챔버(96)를 통해 흡입 압력 누설 통로(76) 및 흡입 압력 챔버(32)로 개방하므로써, 압력을 누설시킨다. 이와 동시에, 작동기(94)는 전자 제어유니트(82)에 의해 신호를 받아 기준 입구밸브부재(162)를 연장시켜, 기준 챔버(90)로의 배출 압력 흐름을 폐쇄시킨다.
기준 챔버(90)의 내부 압력을 설정 기준 압력으로 제어하므로써, 전자 제어유니트(92)는 작동기(170, 172)를 통해 다이아프램(36)의 변위를 제어하므로써, 피스톤(116)의 변위(128)의 변화를 제어한다. 도2 내지 도4에 도시된 실시예에 있어서, 기준 챔버 압력은 압력 센서(84)에 의해 연속적으로 또는 주기적으로 관찰될 수 있다. 이러한 압력 정보는 기준 챔버(90)를 선택된 에러 경계내의 설정 기준 압력으로 유지하기 위해, 서보 제어 알고리즘에서 제어유니트(82)에 의해 피드백 신호로서 사용될 수 있다.
본 발명에 서술된 가변형 제어밸브 디자인의 주요한 장점은 설정 기준 압력을 타이트하게 유지하므로써 밸브 제어성능을 유지시킬 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 서술된 디자인은 설정 기준 압력을 상이한 값으로 전자적으로 변화시킬 수 있게 하며, 이에 따라 가변용량형 압축기가 작동되는 흡입 압력 설정점을 변화시킨다. 이에 의해 차량은 승객 안락감과 차량 성능의 원하는 평형을 달성하기 위하여, 환경 요소의 변화에도 불구하고 압축기 제어를 조정할 수 있다. 승객 안락감과 차량 성능의 평형이라는 장점은 기준 챔버의 압력에 대한 응답이 제어될수록 더 욱 완전하게 실현될 수 있다.
기준 압력 제어 시스템의 응답성은 입구밸브(88)를 통한 배출 압력 가스의 흐름 특성과 출구밸브(86)로부터의 흡입 압력으로의 흐름 특성에 부분적으로 의존한다. 도5 및 도6은 기준 입구밸브(88) 및 기준 출구밸브(86)의 일부 중요한 기하학적 특징을 도시하고 있다.
도5에 있어서, 입구밸브 폐쇄부재(162)는 완전히 폐쇄된 위치로 도시되어, 입구밸브부재(162)에서 유효 압력 수용영역(AI)에 충돌하는 배출 압력을 지지한다. 또한 도5에는 배출 누설 챔버(98)로부터 연장되는 기준 입구 포트(160)의 직경(DI)이 도시되어 있다. 대직경(DI)은 배출 압력의 다량의 흐름을 허용하므로써, 기준 챔버 압력을 증가시키라는 명령에 대한 신속한 응답을 촉진시킬 것이다. 주어진 기준 챔버 압력 상승시간을 달성하는데 필요한 DI의 크기는 기준 챔버 가스체적에 의존한다. 기준 챔버의 큰 가스체적이 기준 챔버의 작은 가스체적과 동일한 기준 챔버 압력 상승시간의 증가를 달성하기 위해서는 큰 기준 입구 포트(160)가 필요할 것이다.
그러나, DI의 큰 값은 이에 대응하는 큰 값의 AI와, 유효 입구밸브 부재 압력 수용영역을 필요로 한다. 이것은 입구밸브 작동기(94)로부터 필요로 하는 폐쇄력이 크다는 것을 의미한다. 큰 폐쇄력은 물리적으로 큰 작동기를 필요로 하거나, 또는 입구밸브를 폐쇄상태로 유지하기 위한 과도한 힘을 필요로 한다. 따라서, 기준 입구 포트(160)와, DI와, 압력 수용영역(AI)의 선택은 요구사항에 필적하는 평형을 포함한다.
유효 입구밸브부재 압력 수용영역(AI)은 입구밸브가 완전히 폐쇄되었을 때, 배출 압력에 노출되는 입구밸브 폐쇄부재의 실제 비평형 영역 이다. 즉, 배출 압력의 힘을 효과적으로 수용하는 영역(AI)은 배출 압력에 의해 입구밸브 폐쇄부재상에 발휘된 힘을 측정하므로써 또한 배출 압력을 분할하므로써 연산된다. 실험에 따르면, 유효 입구밸브 압력 수용영역(AI)은 기준 챔버 가스 체적이 약 2 밀리리터일때, 30000μ2 이하, 양호하기로는7500μ2 이하로 선택되는 것이 바람직하다고 밝혀졌다. 전형적인 자동차 공조기 압축기 작동 조건하에서, 만일 유효 입구밸브부재 압력 수용영역(AI)이 약 7500μ2 이하인 경우라면, 1파운드 이하의 기준 입구밸브 폐쇄력이면 족할 것이다.
도6에 있어서, 출구밸브 폐쇄부재(172)는 가스가 유효 가스 흐름영역을 통해 기준 챔버(90)로부터 흘러나오는, 완전 개방위치로 도시되어 있다. 기준 챔버(90)와 흡입 누설 챔버(96) 사이의 주어진 압력 편차에 대한 가스 흐름 체적이라는 관점에서 동일한 결과를 얻기 위해 기준 출구 포트(170)의 여러가지 기하학적 디자인이 선택된다. 유효 흐름영역은 필적할 성능 특성을 평형화하도록 선택된다. 기준 챔버 압력을 낮추라는 명령에 대한 신속한 응답을 보장하기 위해서는 큰 출구밸브 (86) 유효 흐름영역을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 입구밸브(88)를 배출 압력으로 개방하였을 때 기준 챔버에서의 급속한 압력 증가를 도와주기 위해, 또한 발생될 수도 있는 기준 압력 과잉을 낮추기 위해서는 작은 출구밸브(86) 유효 흐름영역을 갖는 것이 도움이 된다.
기준 출구밸브(86)의 유효 가스 흐름영역은 입구밸브(88)의 유효 흐름영역에 대한 비율로 선택되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 기준 출구 포트(170)의 직경(DO)은 기준 입구 포트(160)의 직경(DI)의 비율로 선택될 수도 있다. 실험 및 분석에 따르면, DI에 대한 DO 비율의 바람직한 범위는 0.5 내지 5.0, 가장 양호하기로는 0.7 내지 2.0 인 것으로 나타나고 있다. 이에 대응하여 출구포트 단면적에 대한 입구포트의 양호한 비율과 입구-출구 포트 면적비는 0.25 내지 25.0, 가장 양호하기로는 0.5 내지 4.0 이다. 입구 및 출구 가스 흐름영역의 기하학적 형상은 도5 및 도6에 도시된 원형 통로 보다 훨씬 복잡하며, 가스 흐름 단면적이 분석되거나 실험적으로 결정되어, 입구-출구 포트 면적비 디자인 가이드라인이 이어진다.
실험에 따르면 예를 들어 기준 챔버(90)의 가스 체적이 약 2밀리리터일 때, 100 미크론의 기준 출구 포트(170) 직경(DO)이 효과적인 선택이며; 기준 입구 포트(160)의 직경(DI)이 100 미크론일 때, 기준 입구포트 직경에 대한 기준 출구포트 직경의 비율은 1.0인 것이 바람직한 것으로 나타나고 있다. 이러한 변수값에 의해, 전형적인 자동차 공조기 압축기 작동조건하에서, 기준 챔버 압력은 10 psi/초의 비율에서 제어가능하게 변화되거나 설정 기준 압력을 따를 수 있다.
압력 센서가 없는 가변형 제어밸브(10)의 또 다른 실시예에서, 압축기 제어유니트(146)는 냉각 시스템의 성능을 유지하는데 필요한 압축기 용량 조건을 주기적으로 재연산한다. 이러한 연산에서 변화의 크기 및 시간 행동에 기초하여, 압축기 제어유니트(146)는 가변형 제어밸브 전자 제어유니트(82)에 명령 신호를 전송하여, 기준 챔버 압력을 증가시키거나 감소시켜 설정 기준 압력 레벨을 재설정한다. 본 기술분야의 숙련자라면 기준 챔버의 압력을 설정의 레벨로 서보 제어하는 이러한 방법은 기준 챔버 압력의 직접 측정을 사용하여 실행될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 이러한 느슨한 서보 방법은 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 저비용 실시예에서는 효과적이며 적절하다.
가변형 제어밸브 전자 제어유니트(82) 및 압축기 제어유니트(146)에 기여하는 기능은 가변형 제어밸브(10)와 압축기(100) 및 냉각 설비를 포함하는 전체 시스템내의 기타 다른 컴퓨터 리소스에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 만일 전체 시스템이 중앙처리장치로 자동화되어 있다면, 설정 기준 압력을 선택 및 유지하는데 필요한 모든 제어정보 및 연산은 자동 중앙처리장치에 의해 실행되어 수집될 수 있다. 압력 센서(84)로부터의 신호 및 이러한 압력 센서로 전송되는 신호는 중앙처리장치의 입력/출력 포트로 루틴되며, 기준 입구 및 출구밸브 작동신호는 중앙처리장치의 기타 다른 입력/출력 포트로부터 가변형 제어밸브(10)로 전송된다. 선택적으로, 압축기 제어유니트(146)는 가변형 제어밸브(10)를 관리하는데 필요한 모든 제어기능을 실행할 수도 있다. 마지막으로, 가변형 제어밸브 제어유니트(82)는 설정 기준 압력을 선택 및 유지뿐만 아니라 압축기 용량 요구사항 연산을 실행하는데 필요한 회로, 메모리, 처리장치 리소스를 포함한다.
본 발명은 가변용량형 압축기에 관한 것으로서, 특히 가변용량형 압축기의 용량을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에서, 가변용량형 압축기의 제어는 크랭크케이스 압력을 이용하여 제어된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1은 미국특허 제4.428.718호의 종래기술로부터 자동차에 사용하기 위한 가변용량형 압축기의 단면도.
도2는 미국특허 제6.390.782호의 종래기술의 양호한 실시예에 따른 가변형 설정점 제어밸브의 단면도.
도3은 도2의 가변형 제어밸브의 가변형 설정점 제어부의 단면도.
도4는 도2 및 도3의 가변형 제어밸브의 기준 챔버 밸브수단의 단면도.
도5 및 도6은 도2 내지 도4의 가변형 제어밸브의 기준 챔버 밸브수단의 밸브 부재 및 밸브 시트의 단면도.
도7은 본 발명의 제1실시예에 따른 가변형 설정점 제어밸브의 단면도.
도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 가변형 설정점 제어밸브의 단면도.
도9는 본 발명에 따른 크랭크케이스 압력을 이용하여 가변용량형 압축기의 용량을 제어하기 위한 방법을 도시한 플로우챠트.
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 가변용량형 압축기의 공압 제어를 위한 설비를 개략적으로 도시한 도면.
도11은 본 발명에 따른 압축기 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도7은 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템(410)을 도시하고 있다. 도7은 하 기에 서술되는 바와 같이 도2와 유사하며, 유사한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되었다.
상기 시스템(410)은 분할벽(42)을 포함한다. 분할벽(412)은 기준 챔버(90)를 두개의 절연된 챔버, 즉 상부 챔버(490a)와 하부 챔버(490b)로 분리시킨다. 상부 챔버(490a)는 다이아프램(36) 및 분할벽(412)에 의해 대향 단부에 형성된다. 하부 챔버(490b)는 분할벽(412) 및 밸브 단부캡(20)에 의해 대향 단부에 형성된다.
하부 크랭크케이스 포트(414)는 제3크랭크케이스 압력 통로(416)를 통해 크랭크케이스 챔버(118)와 유체연결된다. 따라서, 압력 센서(84)는 크랭크케이스 챔버(118)의 실제 압력을 측정하도록 작동될 수 있다. 이러한 적용에 있어서, "압력 센서"라는 용어는 압력 또는 이러한 압력이 추정될 수 있는 기타 다른 변수를 측정하는 센서를 의미한다. 시스템(410)은 예를 들어 하기에 서술되는 방법에 의해 압축기(100)의 용량을 제어하기 위해 크랭크케이스 압력을 제어한다.
도8은 본 발명의 제2실시예에 따라 크랭크케이스 챔버(118)의 압력을 이용하여 압축기(100)의 용량을 제어하는 시스템(420)을 제외하고는, 도7과 유사한 도면으로서; 유사한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되었다.
시스템(420)은 센서(422)를 포함한다. 상기 센서(422)는 전자 압력 센서이지만, 이에 한정되지 않는다. 센서(422)는 크랭크케이스 챔버(118)의 내부에 배치되며, 실제 크랭크케이스 압력을 측정하도록 작동될 수 있다. 그러나, 센서(422)는 크랭크케이스 챔버(118)의 주-공동내에 완전히 배치될 필요는 없음을 인식해야만 한다. 예를 들어, 센서(422)는 통로와, 서브챔버와, 또는 센서(422)가 크랭크 케이스 챔버(118)의 압력을 검출할 수 있는 기타 다른 적절한 곳에 배치될 수 있다. 센서(422)는 피스톤(116) 또는 압축기(100)의 기타 다른 운동부품의 운동과 간섭되지 않도록 배치된다.
센서(422)는 전기적 접속을 위해 센서 리드(424)에 의해 압축기 제어유니트(146)에 전기적으로 연결된다. 이러한 실시예에서, 센서(422)는 크랭크케이스(118)의 압력을 측정하여, 압력 센서 신호를 제어유니트(146)에 전송한다. 그후, 제어유니트(146)는 수신된 압력 센서 신호에 기초하여 가변형 제어밸브(10)의 위치 변화를 실행하기 위해, 가변형 제어 밸브(10)에 제어 신호를 변경한다. 따라서, 시스템(410)은 압축기(100)의 용량을 제어하기 위해 측정된 실제 크랭크케이스 압력에 응답한다.
이러한 실시예는 압축기(100)의 용량의 전기 제어부를 갖는 것으로 서술되었다. 이러한 전기 제어는 예를 들어 컴퓨터 칩과, 실제 크랭크케이스 압력을 측정하는 압력변환기와, 전기적으로 작동되는 장치를 사용하므로써 달성된다. 이 경우, 전기 제어는 컴퓨터 칩에 의해 달성되며; 이러한 컴퓨터 칩은 목표 크랭크케이스 압력을 설정하고, 목표 크랭크케이스 압력과 실제 크랭크케이스 압력을 비교하여, 목표 크랭크케이스 압력으로부터의 실제 크랭크케이스 압력의 편차에 기초하여 가변형 제어밸브(10)를 이동시키는 양을 결정한다. 기준 입구밸브(88) 및/또는 기준 출구밸브(86) 등과 같이 마이크로밸브나 솔레노이드식 대형크기의 밸브 등의 전기작동식 장치 또는 장치들은 원하는 제어밸브 응답(즉, 본 발명에서 발명의 배경 등에 서술한 바와 같은)이 실제 크랭크케이스 압력을 변화시키는 방식으로 작동된 다. 컴퓨터 칩이 사용되는 전기 제어에서는 가변형 제어밸브(10)가 하기에 서술되는 바와 같이 미세하게 조정되는 방법에 응답할 수 있게 하는 프로그램이 기입된다.
이러한 실시예는 전기 제어부를 갖는 것으로 서술되었지만; 시스템은 공압 제어부, 전자공압 제어부, 유압 제어부, 또는 기타 다른 적절한 제어부 등과 같은 적절한 제어부를 가지며, 이러한 제어부를 사용한다.
도10에는 공조 시스템(600)의 공압 제어를 위한 설비가 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 다이아프램 또는 벨로우즈(610)는 크랭크케이스(118)의 압력을 선택적으로 증가시켜 크랭크케이스(118)의 압력을 유지하거나 또는 크랭크케이스(118)의 압력을 감소시키기에 적합한 3방 밸브(620)의 위치를 제어한다. 도시된 실시예에서, 벨로우즈의 내측은 목표 크랭크케이스 압력을 발생하기 위해, 기준 압력으로 제어된다. 기준 압력은 가변형 공압 제어기를 포함하여, 적절한 방식으로 발생된다. 그러나, 도시된 바와 같이, 목표 크랭크케이스 압력은 서모스탯 시스템(60)에 의해 발생되며, 이러한 서모스탯 시스템은 팬에 의해 발생된 공조 시스템의 에어 스트림에 배치되는 센서 벌브(632)를 포함한다. 상기 벌브(632)는 증발기(216)의 출구에어 스트림에 배치되므로, 에어 스트림의 온도가 상승할 때 벌브(632)의 내부에 있는 유체 매체가 가열 및 팽창함에 따라 벌브(632)의 압력[이에 따라, 벨로우즈(610)의 내부]은 상승할 것이다. 역으로, 에어 스트림의 온도가 하강할 때, 벌브(632)의 내부 압력 및 이에 따라 벨로우즈(610) 내부의 목표 크랭크케이스 압력도 하강할 것이다. 따라서, 이 경우 기준 압력은 목표 크랭크케이스 압력의 역수인데; 그 이유는 벌브(632) 주위의 에어 스트림의 온도와 압축기(100)의 크랭크케이스 압력이 피스톤의 행정을 증가시키고 냉각을 증가시키도록 하강해야만 하는 경우처럼, 냉각의 증가가 바람직하기 때문이다. 종래의 많은 서모스탯 시스템처럼, 서모스탯 시스템(630)은 에어 스트림의 주어진 온도로 공조 시스템(600)의 응답을 조정하기 위한 기구(도시않음)를 가지며; 이러한 시스템의 내부에서 벌브(632)는 예를 들어 사용자가 공조 시스템(600)으로부터 차겁거나 따뜻한 에어흐름을 선택할 수 있도록 배치된다는 것을 인식해야 한다.
벨로우즈(610)는 크랭크케이스(118)와 유체연결되는 챔버(640)의 내부에 배치되어, 실제 크랭크케이스 압력을 갖는다. 따라서, 벨로우즈(610)는 챔버(640)의 내부에서 벨로우즈(610) 외부의 실제 크랭크케이스 압력과 벨로우즈(610) 내부의 기준 압력 사이의 압력편차에 응답하여 팽창하거나 수축된다. 벨로우즈(610)의 가동 단부는 밸브(620)의 가동 소자(650)에 기계적으로 연결된다.
밸브(620)는 압축기(100)의 배출부(652)와 유체연결되는 입구 챔버(622)와, 압축기(100)의 흡입부(120)와 유체연결되는 출구 챔버(654)와, 크랭크케이스(118)과 유체연결되는 부하 챔버(656)를 포함한다.
벨로우즈(610)가 팽창하여, 기준 압력이 실제 크랭크케이스 압력 보다 높을 때, 3방 밸브(620)는 도10에 도시된 바와 같이 압력 위치의 감소를 향하여 우측으로 조정되며, 이러한 압력 위치에서 크랭크케이스 (118)는 챔버(656, 654)를 거쳐 압축기(100)의 흡입 흐름 통로에, 특히 흡입부(120)에 연결된다. 흡입부(120)에서의 압력이 공조 시스템에서 가장 낮은 압력이기 때문에, 크랭크케이스(118)가 흡입 부(120)로 통기될 때 크랭크케이스(118)의 압력이 강하된다.
벨로우즈(610)가 수축하여 기준 압력이 실제 크랭크케이스 압력 보다 낮을 때, 3방 밸브(620)는 도10에 도시된 바와 같이 압력 위치의 증가를 향하여 좌측으로 조정되며, 이러한 압력 위치에서 크랭크케이스(118)는 밸브(620)의 챔버(656, 652)를 거쳐 압축기(100)의 배출 흐름 통로에, 특히 배출부(124)에 연결된다. 배출부(124)에서의 압력이 공조 시스템에서 가장 높은 압력이기 때문에, 크랭크케이스(118)가 배출부(124)에 연결될 때 크랭크케이스(118)의 압력이 상승한다.
기준 압력은 벨로우즈(610)의 외측에서 챔버(640)에 연결되며, 크랭크케이스(118)는 도10에 도시된 역방향으로 벨로우즈(610)의 내측에 연결된다. 이 경우, 이러한 선택적 실시예가 상술한 바와 같이 일반적으로 작동되기 위해, 실행해야만 하는 행동은 배출부(124)를 챔버(654)에 또한 흡입부(120)를 챔버(652)에 연결하는 것뿐이다.
또한, 도시된 서모스탯(632) 대신에, 기준 압력을 발생하기 위해 적절한 설비가 제공될 수도 있다.
벨로우즈(610)와 밸브(620)를 적절히 대체하는 또 다른 설비로는 3방 압력식 마이크로밸브 이다. 적절히 적용되는 한가지 밸브로는 본 발명에 참조인용된 미국특허 제6.694.998호에 개시된 파일로트식 밸브(10) 이다(주: 하기의 설명에 있어서, 특정하게 언급하지 않는한 도면 번호는 미국특허 제6.694.998호의 도면부호와 동일하다). 기준 압력[미국특허 제6.694.998호의 마이크로밸브(9) 등과 같은 전기제어식 파일로트 마이크로밸브를 포함하여, 서모스탯 시스템(632) 또는 기타 다른 적절한 설비로부터의]은 미국특허 제6.694.998호의 제어 챔버(125)에 도입되어, 미국특허 제6.694.998호의 슬라이더 소자(240)의 제2단부(276)(미국특허 제6.694.998호의)의 축방향 표면에 대해 작용한다. 미국특허 제6.694.998호의 포트(220)는 압축기(100)의 배출부(124)에 연결되고, 포트(230)는 압축기(100)의 흡입부(120)에 연결되며, 미국특허 제6.694.998호의 포트(226)는 크랭크케이스(118)에 연결된다. 미국특허 제6.694.998호에 서술된 바와 같이, 슬라이더 소자(240)는 미국특허 제6.694.998호의 제어 챔버(125)의 압력에서, 이 경우 기준 압력(이 경우, 원하는 목표 크랭크케이스 압력)에서 포트(226)를 유지하도록 작용할 것이다.
또한, 밸브(620)는 벨로우즈(610)에 직접 작동되고 크랭크케이스(118)와 흡입부(120) 및 배출부(124) 사이의 연결을 직접 제어하는 3방 밸브로 도시되었지만, 파일로트 밸브 및 파일로트식 밸브 설비도 고려될 수 있다. 파일로트 밸브(도시않음)는 파일로트식 밸브에 유체 압력을 지향시키기 위해 기준 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 압력편차에 의해 작동될 수 있다. 파일로트 밸브(도시않음)는 파일로트 밸브의 유체 압력에 의해 배출부(124)를 크랭크케이스(118)에 연결하는 압력 증가위치와, 흡입부(120)를 크랭크케이스(118)에 연결하는 압력 감소위치와, 크랭크케이스(118)가 흡입 및 배출 흐름통로로부터 격리되는 압력 유지위치로 선택적으로 배치될 수 있다. 그렇지 않을 경우, 이러한 파일로트 및 파일로트식 밸브 설비는 일반적으로 도10에 도시된 시스템(600)과 유사하게 작동된다. 파일로트 밸브 또는 파일로트식 밸브는 마이크로밸브일 수도 있다. 물론, 여기에 서술한 바와 같이 또는 이전에 서술한 바와 같이, 도10에 도시된 밸브(620)를 대체하는 마이크 로밸브 사용에 대한 적정성은 이들이 설치될 특정 시스템의 흐름 요구사항 및 밸브 자체의 흐름 용량에 의존할 것이다.
전자공압식 제어부의 경우, 제어 챔버(도시않음)에서의 기준 압력은 상술의 공압 제어에서 설명한 바와 같이 원하는 크랭크케이스 압력을 얻도록 설정된다. 다이아프램 또는 벨로우즈는 다이아프램이나 벨로우즈의 팽창량 또는 수축량에 의해 기준 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 압력편차를 효과적으로 측정한다. 센서(도시않음)가 제공되며, 이러한 센서는 다이아프램이나 벨로우즈의 운동을 측정하여 기준 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차를 나타내는 신호를 발생시킨다. 전기식 마이크로 또는 매크로 크기의 밸브또는 밸브들과 같은 전기식 장치는 적어도 부분적으로 센서의 신호에 기초하여 제어밸브 응답에 영향을 끼쳐 실제 크랭크케이스 압력을 변경시키도록 작용된다. 또 다른 실시예에서, 마이크로 또는 매크로 크기의 밸브 또는 밸브들은 크랭크케이스(118)로부터의 압력을 직접적으로 통기시켜, 센서의 신호에 기초하여 실제 크랭크케이스 압력을 변화시킨다.
도9는 본 발명에 따른 크랭크케이스 압력을 이용하므로써 가변용량형 압축기의 용량을 제어하는 방법(510)을 도시한 플로우챠트이다. 예를 들어, 방법(510)은 도7에 도시된 바와 같이 시스템(410)에서 실행되고, 도8에 도시된 바와 같이 시스템(420)에서 실행되며, 또는 도10에 도시된 바와 같이 시스템(600)에서 실행된다.
본 발명의 방법(510)에 따른 제1단계(512)에서는 기준 압력이 설정된다. 기준 압력은 원하는 열전달로 나타나는 용량에서 작동되는 압축기(100)로 귀결될 것으로 예상되는 목표(원하는) 크랭크케이스 압력과 연관된 압력이다. 상술한 바와 같이, 기준 압력은 목표 크랭크케이스 압력[시스템(410, 420)에서처럼]이며, 또는 시스템(600)의 기준 압력 등과 같이 일부 형태(즉, 기준 압력이 목표 크랭크케이스 압력의 함수인)로 목표 크랭크케이스 압력과 연관된 압력이다.
제2단계(514)에서는 크랭크케이스(118)의 실제 압력이 측정된다. 이러한 실제(측정된) 크랭크케이스 압력은 시스템(410)에서의 센서(84)에 의해, 시스템(420)에서의 센서(422)에 의해, 또는 시스템(600)에서의 벨로우즈(610) 등과 같이 다이아프램이나 벨로우즈로의 직접 연결 등과 같은 적절한 방식에 의해 얻을 수 있다.
제3단계(516)에서는 기준 크랭크케이스 압력과 실제 크랭크케이스 압력이 비교된다. 예를 들어, 이러한 비교는 벨로우즈(610)처럼 다이아프램이나 벨로우즈를 횡단하는 편차 압력의 작용처럼 기계적으로 이루어진다. 선택적으로, 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력을 비교하기 위한 연산은 제어유니트(146)에 의해 이루어진다.
예를 들어, 한가지 비교방법으로는 최적화 알고리즘을 이용하여 목표 크랭크케이스 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차를 최소화하는 것이다. 적절한 최적화 알고리즘이 사용될 수 있다. 많은 최적화 알고리즘이 사용될 수 있지만; 일반적으로는 3가지 범위, 즉 미분형, 시뮬레이트형 어닐링, 및 기원형에 속한다. 일실시예에서는 시뮬레이트형 어닐링 알고리즘이 사용되어, 종래 테스트를 통해 키이 최적화 변수가 전개된다. 이러한 변수들은 특정의 시스템 형태에 의존한다. 또 다른 비교방법으로는 목표 크랭크케이스 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차에 의존하는 가변형 계단함수(step function)를 이용하는 것이다. 에를 들어, 편차가 매우 클 때, 목표를 향해 매우 큰 계단이 취해지며, 즉 제어밸브(10)의 매우 큰 위치 변화가 명령된다[제어밸브(10)를 이용한 실시예에서]. 실제 크랭크케이스 압력이 목표 크랭크케이스 압력에 접근함에 따라, 편차는 상대적으로 작아지고, 매우 작은 계단이 명령된다. 하기에 서술되는 바와 같이, 도9에 도시된 방법의 단계는 반복적인 처리과정이므로, 이러한 반복이 요구되지 않을지라도, 매번 제3단계(516)가 반복되고 작은 계단이 명령된다. 실제크랭크케이스 압력이 목표 크랭크케이스 압력에 접근함에 따라, 오버슈트 및 요동 경향을 최소화하도록 작은 계단이 취해진다. 계단 크기의 감소량은 목표 크랭크케이스 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차의 크기에 기초하거나, 또는 시간에 기초하는, 즉 설정의 간격으로 계단형태로 감소된다. 계단의 크기는 제로(위치 변경 없음)에서부터 최대 위치 변경 신호까지 그 어떤 것이라도 가능하며; 예를 들어, 크랭크케이스(118)에 대한 압력의 통기 및 크랭크케이스(118)로부터의 압력의 통기를 제어하기 위해 관련의 밸브(들)에 대해 펄스폭 변조 신호를 사용할 때, 제로 신호는 완전 적용 간격(펄스 없음)을 위해 인가된 제로 전압이며, 최대 신호는 완전한 적용간극을 위해 인가된 완전 파워 펄스이다. 또한, 본 발명은 실제 크랭크케이스 압력이 목표 크랭크케이스 압력에 매우 가까워졌을 때 신호 변화가 없을 수도 있다.
도시된 방법(510)은 단계(518)를 배제하는데, 이러한 단계는 제어밸브(10)의 위치가 기준 및 실제 크랭크케이스 압력의 비교에 기초하여 변경되고 이에 따라 원하는 위치에 대한 제어밸브(10)의 위치를 변화시킨다. 시스템(410, 40)에서, 제어 유니트(146)는 목표 압력 및 실제 크랭크케이스 압력에 기초하여 적어도 부분적으로 상태를 변화시켜 제어밸브(10)를 재위치시키므로써 목표 크랭크케이스 압력을 향해 실제 크랭크케이스 압력을 조정하기 위해, 기준 출구밸브(86) 및/또는 기준 입구밸브(88)에 적절한 신호를 전송할 것이다. 또 다른 실시예로서, 시스템(600)에서 밸브(620)는 크랭크케이스 압력이 목표 크랭크케이스 압력을 향해 변화되도록, 벨로우즈(610)를 횡단하여 작용하는 편차 압력에 의해 재위치된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 도9에 도시된 방법은 반복적인 처리과정이므로, 방법(510)은 단계(512 내지 518)를 통해 연속적으로 루프되며, 가변용량형 압축기(100)는 점선(520)으로 도시된 바와 같이 작동중에 있게 된다.
테스팅에 있어서, 도9에 도시된 방법을 실행하는 제어 프로그램은 랩뷰 컴퓨터 디벨롭먼트 소프트웨어(텍사스 오스틴 주립 코포페이션)를 사용하여 전개되었으며, 컴퓨터 제어 시스템에 로딩되었다. 델파이 코포레이션(미시건, 트로이)에 의해 제조된 소형 가변형 압축기는 전통적인 자동차 공조시스템에 연결되었다. 소형 가변형 압축기의 크랭크케이스 챔버에는 전기 압력 센서가 배치되었다. 상기 센서는 크랭크케이스 챔버에서 크랭크케이스 압력 상태를 관찰하기에 적합하다. 마이크로스택 인코포레이티드(워싱턴, 베링햄)에 의해 제조된 마이크로스택TM 마이크로밸브는 크랭크케이스 챔버의 압력을 제어하기 위해 소형 가변형 압축기에 연결되었다. 크랭크케이스 피드백을 사용하여, 즉 센서로부터의 압력 측정값을 사용하여, 제어 프로그램은 마이크로스택TM 마이크로밸브에 명령을 내려, 크랭크케이스 챔버의 압력을 제어한다. 흡입 압력 상태가 아니라 크랭크케이스 압력 상태를 관찰하므로써, 또한 기타 다른 입력값중에서 이러한 크랭크케이스 압력을 압축기 용량을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용하므로써, 종래기술(압축기 용량을 제어하기 위해 흡입 압력을 신호로서 사용한)에 의해 달성되는 것 보다 훨씬 우수한 압축기 제어가 달성된다.
도11에는 본 발명에 따른 압축기 시스템(710)의 개략적인 다이아그램을 도시하고 있다. 압축기 시스템(710)은 압축기(712)를 포함한다. 압축기(712)는 도1의 가변용량형 냉매 압축기(210), 도2의 압축기(100), 또는 기타 다른 적절한 압축기 등과 같이, 압축기의 용량이 크랭크케이스 압력에 의해 제어되는 가변용량형 압축기 이다. 압축기(712)는 압축기(712)의 내부에서 도시않은 크랭크케이스와 유체연결되는 크랭크케이스 포트(714)를 포함한다. 압축기(712)는 배출 포트(716)와, 흡입 포트(718)를 포함한다. 압축기 시스템(710)은 배출 포트(716)와 유체연결된 입력부(722)와 흡입 포트(718)와 유체연결되는 출력부(724)를 갖는 A/C 시스템(720)을 포함한다. 상기 A/C 시스템(710)은 도1의 자동차 공조 시스템과 도2의 공조 유니트 이며; 상기 도1의 자동차 공조 시스템은 예를 들어 압축기 배출 포트(716)와 압축기 흡입 포트(718) 사이에 순서대로 배치된, 노말 콘덴서(212)와, 오리피스 튜브(214)와, 증발기(216)와, 축적기(218)를 포함하며; 도2의 공조 유니트는 콘덴서(140)와, 증발기(142)와, 축적기(144)와, 기타 다른 적절한 공조 시스템을 갖는다.
압축기 시스템(710)은 크랭크케이스 포트(714)와 유체연결되는 크랭크케이스 인터페이스(728)가 구비된 제어 기구(726)를 포함한다. 상기 제어기구(726)는 배출 포트(716)와 유체연결되는 배출 인터페이스(730)를 포함한다. 제어 기구(726)는 흡입 포트(718)와 유체연결되는 흡입 인터페이스(732)를 포함한다. 상기 제어 기구는 상술한 바와 같은 방식으로 크랭크케이스 압력을 제어하기 위해, 크랭크케이스 인터페이스(728)와 배출 인터페이스(730) 및 흡입 인터페이스(732) 사이에 선택적 연결을 제공하기 위한 밸브 설비를 포함한다. 상기 제어 기구(726)는 예를 들어 다음과 같은 설비를 포함한다.
※ 도1의 제어밸브(300)와 유사한 공압 제어밸브.
※ 전자식 제어밸브와, 가변형 제어밸브(10)와 유사한 제어유니트와, 도2의 제어유니트(146).
※ 하나이상의 마이크로밸브 및/또는 하나이상의 매크로 크기의 밸브. 이러한 밸브들은 편차 압력에 의해 작동되거나, 전자 제어유니트(도시않음)의 제어하에 전기식이나 공압식 또는 전자공압식으로 작동되며; 작동 밸브로 지향되거나 파일로트 밸브 및 파일로트식 밸브로서 배치된다.
※ 도10에 도시된 설비 등과 같은, 벨로우즈 및 밸브 설비 또는 다이아프램 및 밸브 설비.
※ 목표 크랭크케이스 압력과 연관된 기준 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차에 기초하여 제어 크랭크케이스 압력을 제어하기 위하여, 제어 기구의 밸브부를 작동시키는 압축기(712)의 크랭크케이스에서 압력을 제어하기 위한 기타 다른 적절한 제어 설비.
본 발명은 종래기술에 비해, 압축기 출력 제어의 상당한 강화를 제공한다. 이것은 주어진 변화에 대해 시스템 입력(크랭크케이스 압력의 변화)과 피드백(압력 센서 신호) 사이의 시간을 감소시키므로써 감소된다. 종래기술의 압축기 제어방법에 있어서, 흡입 압력은 피드백 기준으로서 사용된다. 제어밸브는 압축기의 출력을 변화시키기 위하여 크랭크케이스의 압력을 변화시킨다. 흡입 압력, 냉매 압축성, 공조 시스템의 체적 등의 변화를 유발하기 위한 압축기 피스톤의 필요성 등과 같은 요소로 인해, 본 발명자는 제어밸브의 위치 변화와 최종 흡입 압력의 변화 사시에는 상당히 긴 시간 지연이 있다는 것을 발견하였다. 가변형 제어부가 개방되었을 때 크랭크 압력이 최대로 증가되었을 때, 예를 들어 최소 출력 등의 상태처럼 압축기를 특정한 상태로 구동시키려는 경향을 나타내는 종래기술의 압축기 시스템에서는 고유의 불안정성이 있다. 이러한 요소들은 종래기술의 압축기를 과도한 상태로 유발시키려는 경향, 즉 최대 출력이나 최소 출력 등의 상태로 되게 하여, 제어밸브 세팅에서는 변화가 적다.
크랭크케이스 압력이 피드백 기준으로 관찰되는 본 발명에서, 크랭크케이스 및 이에 따른 압축기 출력의 압력에 따른 제어밸브 변화의 효과는 피드백 기준이 압축기 기구 및 공조 냉매 체적을 통해 연결되지 않기 때문에, 종래기술에 비해 훨씬 빠른 것으로 인식된다. 따라서, 크랭크케이스 압력의 변화가 신속히 인식되고 가변형 제어밸브가 압축기 오버슈트를 최소로 하거나 이를 제거하기 때문에, 오버슈트하려는 압축기의 경향이 감소된다.
본 발명의 양호한 실시예는 자동차 공조 시스템에 사용하기에 적합한 압축기 에 연관되어 서술되었지만, 본 발명은 크랭크케이스 압력이 압축기의 용량을 제어하는 압축기 시스템이나 적절한 압축기에도 적용될 수 있음을 인식해야 한다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (21)

  1. 가변용량형 압축기를 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    가변용량형 압축기의 크랭크케이스의 압력을 제어하는 제어밸브와,
    상기 제어밸브를 제어하는 제어유니트를 포함하며,
    상기 제어유니트는 제어밸브를 제어할 때, 상기 크랭크케이스의 압력에 응답하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 크랭크케이스에 배치된 압력 센서를 부가로 포함하며, 상기 압력 센서는 제어유니트 압력 센서 신호를 전송하기 위해 제어유니트와 연결되며, 상기 제어유니트는 제어밸브의 위치변화를 유발시키기 위해 상기 압력 센서 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압력 센서는 전자 압력 센서와 기계적 피드백 압력 센서중 하나인 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압력 센서는 크랭크케이스의 통로 또는 서브챔버에 배치되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서, 제어밸브는 파일로트식 매크로 크기의 밸브이며, 그 위치는 제어유니트에 의해 작동되는 마이크로밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  6. 제1항에 있어서, 크랭크케이스의 압력을 하강시키기 위해 개방되는 제2제어밸브를 부가로 포함하며, 상기 제어밸브는 크랭크케이스의 압력을 상승시키기 위해 개방되고, 상기 제어유니트는 크랭크케이스의 압력에 적어도 일부 기초하여 제어밸브 및 제2제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  7. 제5항에 있어서, 제어밸브 및 제2제어밸브는 제3제어밸브의 위치를 제어하는 파일로트 밸브이며; 상기 제3제어밸브는 크랭크케이스의 압력을 상승시키기 위해, 제3제어밸브가 고압 유체를 압축기의 배출 통로로부터 크랭크케이스로 포팅하는 위치와, 상기 크랭크케이스의 압력을 하강시키기 위해 제3제어밸브가 상기 크랭크케이스를 압축기의 흡입 흐름 통로로 통기하는 위치와, 상기 크랭크케이스의 압력을 일정하게 유지하기 위해 크랭크케이스가 배출 흐름 통로 및 흡입 흐름 통로로부터 격리되는 위치로 선택적으로 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 크랭크케이스의 압력에 적어도 일부 기초하여 제어밸브 및 제2제어밸브의 위치를 제어하는 다수의 파일로트 밸브를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어유니트는 한쪽에서는 기준 압력에 노출되고 다른쪽에서는 실제 크랭크케이스 압력에 노출되는 벨로우즈 및 다이아프램중 하나이며, 상기 제어밸브 위치는 벨로우즈 및 다이아프램중 하나를 횡단하여 작용하는 압력편차에 응답하여 벨로우즈 및 다이아프램중 하나의 운동에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어유니트는 전기 제어유니트, 공압 제어유니트, 전자공압 제어유니트, 유압 제어유니트중 하나인 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어유니트에 연결되는 서모스탯 시스템을 부가로 포함하며, 상기 서모스탯 시스템은 목표 크랭크케이스 압력을 발생시도록 작동될 수 있으며, 상기 제어유니트는 목표 크랭크케이스 압력에 적어도 일부 기초하여 상기 제어밸브를 제어하도록 응답하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어시스템.
  12. 크랭크케이스 압력을 이용하여 압축기의 용량을 제어하기 위한 제어밸브를 갖는 가변용량형 압축기를 제어하는 방법에 있어서,
    a) 목표 크랭크케이스 압력을 설정하는 단계와,
    b) 가변용량형 압축기의 크랭크케이스 압력을 측정하는 단계와,
    c) 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력 사이의 편차를 결정하기 위해, 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력을 비교하는 단계와,
    d) 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력 사이에서 결정된 편차에 기초하여, 압축기의 용량을 제어하기 위해 제어밸브의 원하는 위치변화를 결정하는 단계와,
    e) 제어밸브의 위치를 원하는 위치로 변화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 단계(d)에서 결정된 원하는 위치 변화는 설정의 최적화 변수에 의존하는 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 단계(d)에서 결정된 원하는 위치 변화는 단계(c)에서 결정된 편차의 크기에 적어도 일부 기초하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  15. 제12항에 있어서, 단계(d)에서 실행된 결정은 미분형 최적화 알고리즘, 시뮬레이트형 어닐링 알고리즘, 기원형 최적화 알고리즘중 하나를 이용하여 목표 크랭 크케이스 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  16. 압축기의 용량을 제어하기 위해 실제 크랭크케이스 압력을 이용하는 가변용량형 압축기 제어방법에 있어서,
    a) 기준 압력을 설정하는 단계와,
    b) 실제 크랭크케이스 압력을 측정하는 단계와,
    c) 기준 압력과 실제 크랭크케이스 압력 사이의 편차를 결정하기 위해 기준 압력과 실제 크랭크케이스 압력을 비교하는 단계와,
    d) 크랭크케이스 압력을 제어하는 제어밸브의 위치를 변화시키는 단계를 포함하며,
    상기 제어밸브의 위치변화는 실제 크랭크케이스 압력과 기준 압력의 비교에 기초하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  17. 제16항에 있어서, 기준 압력은 목표 크랭크케이스 압력인 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  18. 제16항에 있어서, 기준 압력은 역함수로서 목표 크랭크케이스 압력과 연관되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  19. 압축기의 용량을 제어하기 위해 제어밸브를 구비한 가변용량형 압축기 제어방법에 있어서,
    a) 목표 크랭크케이스 압력을 설정하는 단계와,
    b) 가변용량형 압축기의 크랭크케이스 압력을 측정하는 단계와,
    c) 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력 사이의 편차를 결정하기 위해, 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력을 비교하는 단계와,
    d) 목표 크랭크케이스 압력과 측정된 크랭크케이스 압력 사이에서 결정된 편차에 기초하여 압축기의 용량을 제어하기 위해 제어밸브의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  20. 압축기의 용량이 크랭크케이스 압력의 변화에 의해 제어되는 형태의 가변용량형 압축기의 제어 방법에 있어서,
    압축기 용량을 측정된 크랭크케이스 압력의 함수로서 적어도 부분적으로 제어하기 위해 신호를 변화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기 제어방법.
  21. 압축기를 제어하는 시스템에 있어서,
    압축기의 크랭크케이스에 배치되어 크랭크케이스의 압력을 나타내는 신호를 발생시키는 압력 센서와,
    상기 신호에 기초하여 압축기의 동작을 적어도 부분적으로 제어하는 제어 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
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